钛渣冶炼炉新工艺介绍

关于钛渣冶炼炉的新工艺介绍

目前，发达国家中的钛渣炉，容量都比较大，多采用全封闭，湿法除尘和回收煤气，并向干法除尘转变。这些大型电炉采用计算机进行控制，从原料准备到产品出炉全过程自动化，生产效率高，产品质量稳定，环保设施完善，有利于资源的综合利用，也是中国钛渣生产发展的方向。国内某企业从南非引进的3万kVA全密闭直流高钛渣炉，已经将高钛渣的吨产电耗从国内普遍的3500kwh/t～4500 kwh/t降至2600kwh/t～ 2800kwh/t，大大降低了生产成本（注：由于该企业对引进技术吸收消化严重不足，加之过份神秘化的保密隔绝，导致试生产周期特长，生产时断时续。不久前，此高钛渣炉炉底熔穿目前正停产维修。该企业的负责人在接待国家工信部考察人员时介绍说：技术指标是非常先进的，政治上丰收，经济效益趋于零）。

国内钛渣冶炼通常采用三相交流敞口电炉或半密闭电炉，一次性加料生产工艺，污染严重、热辐射高、操作环境恶劣。炉膛热量直接从炉口或烟道散出，电炉热损失大，容易造成除尘器布袋的烧蚀。

三相交流电炉的三根电极之间的电流为平面流动形式，由于炉料的导电性，而不能选用较高的二次电压，否则会出现电极不能深插，炉底温度低的现象，使得SiC沉积造成炉底上涨。

交流电炉炉膛的深、径比小，每次排渣或出铁水后，炉内温度下降快，当下一炉的生料加入后，需要焙烧一段时间以提高炉温，增大了耗电量。

综合上述几个原因，使得国内钛渣、工业硅、铁合金及电石等冶炼成本居高不下，市场竞争力低。

目前世界上最为先进的冶炼方法，是密闭直流电炉空心电极连续加料冶炼方式。

密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉冶炼工艺具有如下优点：

⑴炉膛密闭，无外部空气进入，烟气量小，除尘设备负担小。

⑵密闭电炉无外部空气进入，冶炼操作在密闭的高还原性气氛下进行，降低了电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损。可以节省电极消耗达50%以上。

⑶富含一氧化碳的高温烟气，显热直接用来干燥矿粉，降低矿粉中的水分，充分利用烟气的热量，比半密闭/敞口炉的潮矿入炉减少了电能消耗。降温除尘后的一氧化碳气体可以用来驱动燃气发电机发电，能源得到综合利用。

⑷粉料连续入炉，原料和还原剂均为粉末，物料反应的表面积增大。物料直接进入熔池，在液态下进行还原反应，还原反应充分、速度快——“瞬间还原”。

⑸粉料连续入炉，省去繁重的捣炉作业，减轻了劳动强度，改善了工作环境。

⑹直流电炉炉膛的深/径比大于交流电炉的深/径比，即相同容量直流电炉的炉膛比交流电炉深，直径比交流电炉小，热量集中，热损失小。

⑺直流电炉炉膛深/径比大，炉膛表面积小，比交流电炉节省炉衬材料。

⑻直流电炉炉底作为导电电极，使电弧引向炉底，直流电流对熔池具有上下运动的电

磁搅拌作用，使熔池上下层温度均匀，大大改善金属氧化物高温还原反应的热力学和动力学条件，消除了炉底上涨的可能。

⑼直流电炉的顶电极位于炉膛中心，产生的电弧对炉衬的高温辐射烧损小，故炉衬材料的消耗降低，使用寿命延长。

⑽直流电炉二次侧短网和熔池内无感抗影响，且无电流集肤效应和邻近效应，电网供给的交流电通过24脉整流，电压脉动系数减少，产生的高次谐波极弱，对电网干扰小，功率因数高。

⑾直流电炉，炉盖只有一个电极孔，易于密封和除尘。

⑿直流电弧无电流过零息弧，噪音小，电弧稳定。

⒀直流电炉在炉膛内为垂直导电方式，不受炉料电阻率的影响，易于实现高电压长弧冶炼操作，提高冶炼速度。仅直流供电一项即可比交流电炉节电10%以上。

⒁停炉、修炉后起弧方便，易于操作。

密闭直流电炉与半密闭交流电炉性能对比见表1。

高钛渣冶炼过程中烟气带走的热量（包括可燃性气体的化学能）几乎相当于输入炉内的电能转化的热量。因此，充分利用此能源是钛渣生产降耗的出路之一。

利用密闭电炉的高浓度CO气体进行发电，同时，适当增加投资，亦可回收利用液态铁水的显热等，都是二次能源利用。

密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺能够利用密闭炉气的显热来干燥炉料，降温、除尘、净化后的炉气，用来驱动燃气发电机产生电力，反馈为电炉电能的补充，使得电能的消耗大大降低。仅此一项即可节能15%～20%。

综合起来，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺综合节电效果可以达到25 %～35%。

表1直流密闭空心电极电炉与交流半密闭/敞口电炉性能对比

以钛精矿为主要原料、炭为还原剂，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉，生产工艺流程图如图一所示。

经粉碎后符合粒度要求的粉状原料经装载机分别倒运装入配料站的各储料仓。

根据冶炼制度确定炉料的组成及其配比。各种符合粒度要求的粉状原料经电子秤精确称量混合后经矿粉预热干燥机送至炉顶料仓，再由气力给料机通过空心电极直接将混合后的粉料加入电炉，被输入到炉内的电能冶炼，连续发生一系列物化反应后生成液态的钛渣和半钢，积于炉底并利用其密度差异自动分离，俗称“熔分”。

每隔约4～6小时，打开一次出渣口和出铁口，将渣和铁分别放出，熔状钛渣经水喷射后成为水淬渣（便于破碎时的渣铁分离，提高产品质量），在鳞板输送机上利用自身余热干燥，再破碎、除铁、筛分、均化、钛渣产品包装；

铁水包运到浇铸间浇入锭模内,或由出铁咀直接流入铸铁机，凝固后脱模,经过精整运入成品库。

炉中产生的高温炉气，温度在1000℃以上，CO含量高达80%。高温炉气经隔热烟道送至余热锅炉第一次降温。余热锅炉产生的蒸汽动力，驱动汽轮发电机发电。经余热锅炉降温后炉气，送至矿粉预热干燥机第二次降温、计算机控喷雾（确保收尘布袋不结露）炉气温度可降至200℃以下。最后经过脱硫除尘，富含CO的低温洁净炉气送至燃气发电机发电。

直流电炉车间主要设备特点

直流电炉车间的电炉采用空心单电极密闭式炉型。可把生产中产生的废气（主要成分是一氧化碳）回收利用。冶炼过程全封闭微正压操作，煤气发生过程连续稳定，煤气体积只有敞口电炉烟气体积的10～20%。因此煤气净化设备小，组合简单，净化操作便利。

密闭炉的炉盖为混合式结构，采用水冷骨架，其间打结耐火混凝土或铺以水冷盖板，在水冷盖板内侧打结耐火混凝土。骨架使用钢管制作以减少焊缝，靠近电极处采用防磁材料制作，以减少涡流和磁滞损失。炉盖呈锥台形，中部的水平面装有电极密封孔和料管密封孔，侧壁装有带防爆盖的密封炉门，用以取出折断的电极头和进行炉内检修，还装设1～2个烟囱以引导炉气排入除尘系统或大气中。为便于操作检修，并保证安全运行，封闭电炉炉盖上设置若干个带盖的窥视、检修和防爆孔。炉内底部炉衬设置安装数只热电偶，信号进入计算机，实时监控、报警，确保生产安全。

电炉结构形式

直流电炉为全封闭矿热炉的结构形式为：全封闭、空心单电极、固定式圆形炉体。电炉装备除烟罩使用全封闭式和气封系统使用氮气外均与交流炉类似。

2万KVA（单台）钛渣炉主要技术经济指标